Magnetiska skyrmioner erbjuder löftet om nästa generations minne och datorteknik, som cache-minnen och cloud computing. Nu har A*STAR-forskare utvecklat en innovativ teknik för att göra avstämbara skyrmioner som kan hjälpa till att låsa upp deras potential.

Först nyligen upptäckt, skyrmioner är små strukturer som bildas i magnetiska material och beter sig som magnetiska partiklar i nanoskala. Detta innebär att de kan självorganisera sig i ordnade arrayer eller gitter, och kan skapas, rörd, och raderas med hjälp av elektriska strömmar. För att bli en hållbar teknik, dock, kräver förmågan att modulera dessa egenskaper och att uppnå deras elektriska detektering under omgivande förhållanden.

Detta ledde Anjan Soumyanarayanan och kollegor från A*STAR Data Storage Institute och Institute of High Performance Computing, i samarbete med Nanyang Technological University, Singapore och Lawrence Berkeley National Laboratory i USA, att utveckla en innovativ teknik för att göra ultratunna filmer för värd för avstämbara skyrmioner.

"Vårt första mål var att förstå skyrmionbildning, upprätta sin elektriska detektering, och kontrollera deras fysiska egenskaper, " förklarar Soumyanarayanan. "Vi undersöker nu skyrmioner i enheter i nanoskala för deras potential som bitar i minnesapplikationer."

Genom att använda en teknik som kallas magnetronförstoftning – en process där atomer stöts ut från ett källmaterial och sedan deponeras på ett substrat – tillverkade forskarna en ultratunn film med sekventiella lager av iridium, järn, kobolt, och platina på ett kiselsubstrat.

Utnyttja de stora och motsatta tecknen på den kirala magnetiska interaktionen mellan iridium-järn- och kobolt-platinagränssnitten, kallas Dzyaloshinskii-Moriya-interaktionen, gjorde det möjligt för teamet att etablera en plattform för skyrmioner i nanoskala. Och genom att variera tjockleken på lagren, teamet kunde modulera de fysiska egenskaperna, som storleken, densitet, och skyrmionernas stabilitet.

"Plattformen tillåter oss att direkt styra de magnetiska interaktionerna som styr skyrmions egenskaper genom att helt enkelt variera tjockleken på de ingående lagren, och tillhandahåller skyrmion-konfigurationer skräddarsydda för de specifika kraven för en rad olika applikationer, säger Soumyanarayanan.

Arbetet visade, för första gången, elektrisk detektering av omgivande skyrmioner, och kan leda till stabila och mycket skalbara skyrmion-baserade minnes- och datortekniker, förklarade Soumyanarayanan. Dessa kan sedan enkelt integreras i mikrochips med hjälp av befintliga tillverkningsprocesser som vanligtvis används inom elektronikindustrin.

"Våra nästa steg kommer att vara att stabilisera skyrmionerna i nanostrukturer vid noll magnetfält, och att demonstrera sin elektriska läsning och skrivning i elektroniska enheter, säger Soumyanarayanan.